Mapa genético 2D de las células de la próstata traza el crecimiento del cáncer
ARRIBA: Tejido de próstata canceroso INSTITUTO NACIONAL DEL CÁNCER, OTIS BRAWLEY
En un estudio publicado el 10 de agosto en Nature, los científicos han trazado el paisaje genético a través de una próstata humana en alta resolución y han descubierto cómo los fragmentos de cromosomas adicionales o faltantes, conocidos como variaciones del número de copias, que se cree que son exclusivos del cáncer, a menudo están presentes en tejido aparentemente sano.
Esto fue sorprendente y completamente inesperado, dice el coautor del estudio Alastair Lamb, urólogo del Departamento Nuffield de Ciencias Quirúrgicas de la Universidad de Oxford. Pensamos que este tipo de cambios definían el cáncer de próstata. Pero están presentes en [tejido] que es completamente benigno.
Lejos de ser una masa uniforme de células, los tumores consisten en un mosaico de tejidos malignos, benignos y sanos. Comprender cómo las células normales se vuelven cancerosas requiere que los científicos tracen los cambios genéticos dentro de este complejo ecosistema. En colaboración con el investigador de tecnología genética Joakim Lundeberg y colegas del KTH Royal Institute of Technology en Suecia, el equipo de Lambs utilizó una técnica llamada transcriptómica espacial para mapear las variaciones del número de copias en ubicaciones precisas dentro de la próstata.
A diferencia de métodos como la secuenciación masiva de ADN, donde las células se separan y se pierde cualquier información sobre su ubicación física, la transcriptómica espacial preserva la estructura 3D de las muestras al etiquetar genéticamente las moléculas de ARN con datos de ubicación antes de secuenciarlas, lo que permite que cada secuencia coincida con su original ubicación dentro del órgano.
Una próstata completa, extirpada de un paciente con cáncer mediante prostatectomía, se cortó horizontalmente en secciones de tejido y luego se dividió en bloques. El ARNm de bloques individuales se capturó utilizando sondas codificadas espacialmente y se secuenció. Esto permitió a los investigadores ver si las variaciones del número de copias inferidas en el ADN (inferCNV) o los perfiles de expresión génica (transcriptómica) se mapean en áreas identificadas como cancerosas bajo el microscopio (patología de consenso). DE la Figura 1A Naturaleza , 608:36067, 2022; CC BY 4.0
Esto implica colocar una sección de tejido en una superficie de vidrio que contiene una cuadrícula de puntos, cada uno de los cuales ancla cadenas cortas de nucleótidos que contienen un código de barras espacial y una cadena de residuos de timina que se unen al ARNm moléculas. La muestra de tejido se permeabiliza justo antes de colocarla sobre el vidrio para que el ARNm se derrame fuera de las células, permitiéndole adherirse a la rejilla, marcando así cada molécula con su ubicación dentro del tejido.
En el estudio, los investigadores querían crear un mapa de variaciones en el número de copias dentro de una próstata que se había extirpado quirúrgicamente de un paciente anciano, por lo que rastrearon secciones transversales de tejido en busca de transcripciones utilizando una cuadrícula que contenía 30,000 puntos. Cada punto, correspondiente a un área de solo diez células, capturó alrededor de 3500 moléculas de ARNm liberadas de las células más cercanas, lo que permitió al equipo mapear la expresión génica. Luego, utilizando un enfoque computacional, el equipo usó el ARN que secuenciaron para predecir las variaciones del número de copias en el ADN de las células e identificó grupos de células o clones genéticamente idénticos. Luego ensamblaron los clones en una jerarquía filogenética para trazar cómo la composición genética de las células había cambiado con el tiempo.
Mientras tanto, el equipo visualizó el tejido intacto bajo un microscopio para anotar regiones de tejido canceroso y benigno según sobre morfología. La combinación de los datos de imágenes con los perfiles genéticos espaciales reveló una sorprendente cantidad de heterogeneidad dentro de un solo tumor, dice Lamb, con células tumorales de bajo grado (aquellas que se parecen más a las células sanas) ubicadas entre tumores de alto grado sanos y más avanzados. células. Como era de esperar, las células cancerosas contenían variaciones en el número de copias en oncogenes como MYC y el gen supresor de tumores PTEN. Sorprendentemente, sin embargo, los mismos cambios ocurrieron en el tejido sano cercano.
Las células con las características genéticas del cáncer de próstata abarcan los límites patológicos: cada punto, que corresponde a una región de solo diez células, se marcó individualmente como benigno (azul), cáncer de próstata precursor (verde), de bajo grado (rojo) o de alto grado (rojo oscuro) (izquierda). Las mismas regiones también se agruparon según su perfil genético, y cada color representa grupos de células genéticamente idénticas (derecha). Figuras 3C,D Naturaleza, 608:36067, 2022; CC BY 4.0
Lo que es tan fantástico aquí es la instantánea bidimensional. Vemos los eventos muy tempranos, los eventos intermedios y que el tumor se ha separado, dice Lundeberg. Él contrasta la técnica con el muestreo histológico, en el que un patólogo identifica un tumor bajo el microscopio y lo disecciona usando un láser. Esto puede proporcionar una visión detallada del tumor, pero ignora el entorno celular que lo rodea, dice Lundeberg. Pero con la transcriptómica espacial, captura los eventos tempranos que no son evidentes cuando se mira bajo el microscopio.
Este tipo de enfoque de órgano completo para la genética del cáncer es algo que Elana Fertig, investigadora del cáncer en la Universidad Johns Hopkins. que no participó en el estudio, está particularmente entusiasmado. Creo que es increíble y eso es algo que necesitamos hacer cada vez más. Queremos asegurarnos de que no falten los marcadores moleculares de recurrencia que podrían no estar en la lesión predominante, dice.
Para investigar si ocurren patrones similares en otros tipos de cáncer, Lundeberg y sus colegas repitieron el procedimiento usando secciones de tejido de cáncer de piel, cáncer de mama y glioblastoma. Como antes, encontraron alteraciones cromosómicas tanto en las células tumorales como en el tejido sano cercano.
Estos hallazgos sugieren que las variaciones en el número de copias ocurren antes, no después, de que las células benignas se transformen en tejido maligno, dice Francesca Ciccarelli, genetista del cáncer. en Kings College London que no participó en el estudio. Las mismas observaciones de que las células aparentemente normales tienen [variaciones en el número de copias] asociadas a tumores implican que no son suficientes para la transformación, escribe en un correo electrónico a The Scientist.
Esto plantea la pregunta de qué eventos genéticos, si no estas variaciones en el número de copias, impulsan la tumorigénesis. Los cambios en el ADN no investigados en el estudio, como las modificaciones epigenéticas, pueden desempeñar un papel importante, sugiere Lamb. También existe la posibilidad de señalización [química] entre los clones de cáncer y el tejido del estroma circundante, añade. de tejido benigno puede dar lugar a un cáncer letal, con implicaciones importantes para el diagnóstico precoz y la terapia dirigida. Eso es tan, tan poderoso, dice Lundeberg.